CN100462129C - 降低生产水泥熔渣工厂及其类似工厂SOx排放的方法 - Google Patents

Abstract

本专利描述了一种降低生产水泥熔渣工厂SO_X排放的方法及其设备。通过这种方法，水泥生料要在一种包含回旋预热器和干燥炉的设备中进行预热并燃烧。这种方法的特殊之处在于：一种以单一氯化物和(或)几个氯化物混合物的形式的催化剂，引入到预热器中，其位置是在预热器的最上或者次上回旋分离器阶段(2、3)；催化剂被引入，下行穿过预热器(1)，并到达干燥炉(7)；部分量的包含气态催化剂的干燥炉废气流，从干燥炉(7)中被抽走；抽出的废气流被冷却，这样，催化剂就以固态形式存在；上述固体物质与冷却的废气流分开，并且至少部分上述分离的、包含催化剂的固体物质再生后，被重新引入预热器(1)中。因此我们就可以有效的降低SO₂的排放。其原因是，上述氯化物和(或)几个氯化物的混合物对SO₂和CaO进行反应生成CaSO₃具有催化促进作用，并且，该物质对SO₂与CaCO₃反应生成CaSO₃和CO₂还有进一步促进作用。由于CaCO₃大量存在，如果不使用任何另外的化学物质，SO₂排放量的减少可能会受影响。

Description

降低生产水泥熔渣工厂及其类似工厂SOx排放的方法

技术领域

本发明有关于降低生产水泥熔渣(cement clinker)工厂SO_x排放的一种方法。按照这种方法，水泥生料要在一个包括回旋预热器和干燥炉的设备中进行预热和燃烧。本发明还涉及采用这种方法的一套设备。

背景技术

一般地，我们可以从文献中了解到前面提到的生产水泥熔渣的设备。

由于输送到干燥炉和任何煅烧炉的燃料中，包含的硫燃烧得非常充分，并以硫酸盐的形式包嵌在炉渣中，从干燥炉中排出，所以从这种生产水泥熔渣的现代干燥设备中排出的SO₂一般来说是比较少的。然而，如果使用的生料中包含硫化物，例如，常见的矿石黄铁矿(pyrite)和白铁矿(marcasite)，预热器就会有一定量的SO₂排放。

上述现象的原因是，温度大约为550℃时，预热器中的黄铁矿FeS₂依据下列化学方程式发生分解反应：

(1)FeS₂＝FeS+S

随后，蒸汽状态的硫(S)立即通过燃烧转化成SO₂。然而，FeS某种程度上更具有抵抗性，在燃烧之前就到达煅烧带。并且，以这种方式产生的SO₂与从燃料中产生的SO₂以相似的方式，随后被CaO吸收固定。该过程与下面的反应方程式相对应：

(2)SO₂+CaO+1/2O₂＝CaSO₄

对于生料中黄铁矿含量来说，有这样一个风险，那就是可能有大约一半含量的硫以SO₂的形式逸散。

要降低任何以SO₂形式的排放量，在预热器某处，引入CaO、Ca(OH)₂或其它碱组分形式的吸收剂，是一个已知的、可行的方法。这样，SO₂就能以亚硫酸盐的形式被吸附：

(3)CaO+SO₂＝CaSO₃

在该过程的后继过程中，亚硫酸盐将被转化成硫酸盐。

然而，这种已知方法的一个重大不利因素是，它要使用大量的过量吸收剂。这使这种方法花费比较高。特别是当所用的吸收剂不得不从国外购买时，它的花费就更大。

现在已经知道专利WO 93/10884所述的方法。通过这种方法，包含负载CaO的粉尘的废气，从煅烧炉附近的一个位置被抽取出来，并被导向预热器中SO₂被吸收的位置。该方法是起作用的，但是它要求CaO要大大地过量，这在某种程度上降低了作为热交换单元的预热器的效率。

申请号为No.PA 1999 00867的丹麦专利申请提供了一种改进的方法。该法是将煅烧过的水泥生料，在送入预热器之前就提取出来、熟化、并磨细。然而，该法也有降低作为热交换单元的预热器的效率的不利因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产水泥熔渣的方法以及设备。通过该方法，可以在没有明显降低预热器效率的同时，廉价而有效地降低SO_x的排放量。

达到上述目的的方法已经在引言中提到过。其特点如下：

-以氯化物和/或几个氯化物的混合物的形式存在的一种催化剂，被引入到预热器的最上层或次上层回旋阶段，该催化剂具有以固体或者融熔状态的形式，存在于预热器中SO₂形成的区域的特性。这样，它必然有效地且以气态的形式，存在于干燥炉中。

-该催化剂由上到下地通过预热器，并被导入干燥器中。

-部分量的干燥器废气流，包含着气态的催化剂，从干燥器中被抽走。

-抽取的废气流被冷却，这样，催化剂便以固体形式存在。

-在冷却的废气流中分离出上述固体物质。

-至少部分上述分离出来的、包含催化剂的固体物质被循环再生，并引入预热器中(recirculated for renewed introduction into the preheater)。

这样，就可以有效地降低SO₂的排放量。之所以这样，是因为惊奇地观察到，氯化物和(或)几个氯化物的混合物具有熔点和沸点方面的上述特性。这些物质可以像催化剂一样，促进反应按照下列方程式进行：

(3)CaO+SO₂＝CaSO₃

并且，这些物质可以进一步促进下列反应进行：

(4)CaCO₃+SO₂＝CaSO₃+CO₂

这令人惊讶地证明了，该物质催化SO₂与CaCO₃的反应是可能的。实际上，其中的CaCO₃占原料的80％左右。

由于其中一个反应物，也就是CaCO₃，大量存在，不使用任何另外的化学物质，就可减少SO₂排放量。此外，该反应以及由此的SO₂的减少，必须要假定为几乎可以完全进行。

根据本发明，实施该方法的设备的特点如下：包含在预热器的最上层和次上层回旋阶段引入催化剂的装置；以及一个旁路系统，该系统包含抽取部分来自干燥炉的废气流的装置；冷却抽出的废气流的装置；从冷却的废气流中分离出固相物质的装置；以及循环使用至少部分经分离的包含催化剂的固相物质，并将其输送到预热器的装置。

从下面的详细叙述中，该设备的另外一些特点将明显表现出来。

催化剂可以单独引入预热器。然而，催化剂与原料混合后，再引入预热器更佳，特别是在原料粉碎设备中进行混合更有利。这样，催化剂就可以与原料一起输送到预热器中。另外，分离出来的包含循环再生催化剂的固相物质，与原料在原料粉碎设备中进行混合也是较佳的。在循环使用的催化剂不足的情况下，就可能要补充新的催化剂。

多种氯化物，比如CaCl₂、KCl、NaCl、MnCl₂和FeCl₃，都可以用作催化剂。这些氯化物可以单独使用。但是，为了获得具有适当的性能的，特别是在熔点方面的催化剂，使用几种不同氯化物的混合物作为催化剂是较佳的。因为在预热器中，SO₂主要在高于550℃的温度下形成，在1个大气压下，催化剂的熔点低于550℃应该是有利的。

许多现存的干燥器设备带有一个旁路系统，用来从干燥器系统中排出氯化物和碱金属。在这种情况下，旁路系统也用来抽取、冷却和分离包含催化剂的干燥器废气。然而，这样的话，分离出的固相物质将会包含Cl、Na和K等组分，这正是水泥中不希望含有的元素。因此，只有这些物质中的一部分将被用来再生利用，重新输送到预热器中。并且，这将使补充新的催化剂成为必要。

具体实施方式

下面将用带有注释的图表进一步详细地解释本发明；并用一张图来表示采用本发明所述方法的一套设备。

在这张图中，可以看见包括回旋预热器1、煅烧炉5的水泥制造车间。其中，回旋预热器由回旋分离器2、3、和4组成；煅烧炉连接着另一单独的旋风分离器6，以及旋转干燥炉7。该车间还包括炉渣冷却器9，用来冷却燃烧后的水泥炉渣，以及输导管11，用来将预热后的冷空气输送到煅烧炉5。来自生料粉碎设备21的生料被引入废气导管8，该导管与预热器的最上层回旋分离器2、3相连。生料在通过3个旋风分离器的过程中，以与废气相逆流的方式被预热。之后，生料在煅烧炉中煅烧。从分开着的旋风分离器6的底部出口，煅烧过的原料被送到旋转干燥炉7。从旋转干燥炉7和煅烧炉5出来的废气，通过旋风分离器6，被从煅烧炉5中抽出来，并用一个风扇10，使其上行通过预热器1。

根据本发明，催化剂将以氯化物和(或)几个氯化物的混合物的形式，供给到预热器的最上层或次上层回旋阶段。该阶段构成预热器中形成SO₂的区域。催化剂可以通过一个开口8a或者相应的废气导管12，被单独提供到废气导管8中。其中，废气导管12连接着回旋分离器4和回旋分离器3。然而，为了与原料更好的混合，催化剂被送到原料粉碎设备21更好。因而，催化剂可以从开口8a，与原料混合后，输送到预热器，

尔后，催化剂和原料会被输送通过预热器1，下行到达干燥炉7。在预热器中，催化剂通过促进SO₂与CaO反应生成CaSO₃，以及促进SO₂与CaCO₃反应生成CaSO₃和CO₂，来催化SO₂的吸收。形成的CaSO₃要继续反应生成CaSO₄，CaSO₄包嵌在熔渣中，从干燥炉中排放出来。

催化剂在预热器中完成了催化任务以后，会停留在旋转干燥炉中。由于干燥炉温度普遍超过1100℃，催化剂要以气态的形式存在。这种气态形式是催化剂能从干燥体系中抽取出来的基本条件。通过抽取部分含有气态催化剂的废气流和粉尘，并从旋转干燥炉的原料入口底部流出，从干燥炉中将催化剂提取，就可由输送管14来完成。

随后，抽出的废气流，部分借助注射器16，被注入输送管14的空气冷却；部分根据注入水的情况，在调节塔15中被冷却。这样，催化剂就以固体的形式存在，并主要以碱金属氯化物的形式，在冷却过程中富集到粉尘颗粒上。

冷却之后，固体物质在一个过滤装置17中，与冷的废气流分离开来。过滤过的废气流借助电风扇18和通风管19排到大气中。然而，至少一部分过滤过的、包含催化剂的物质回收到原料粉碎设备21，或者直接由非特定的传送装置20再生，引入预热器。这里的原料粉碎车间只用一个方框代替，并向其中加入许多原料组分A、B和C，以及可能的催化剂。

Claims (9)

1.一种降低生产水泥熔渣车间SOx排放的方法，通过这种方法，水泥原料要被预热，然后在一个包括回旋预热器(1)和干燥炉(7)的设备中燃烧，其特征在于：

-一种以单一氯化物或几个氯化物混合物的形式的催化剂引入到预热器最上或者次上回旋分离器阶段(2、3)，该催化剂有以下特性：在预热器中SO₂形成的区域，以固态或者熔融态存在；在干燥炉中必须有催化效果，并以气态形式存在；

-催化剂被引入，下行穿过预热器(1)，并到达干燥炉(7)；

-部分量的包含气态催化剂的干燥炉废气流，从干燥炉(7)中被抽走；

-抽出的废气流被冷却，这样，催化剂就以固态形式存在；

-将上述固体物质与冷却的废气流分开；

-至少部分上述分离的、包含催化剂的固体物质再生后，循环引入预热器(1)中。

2.根据权利要求1的方法，其特点是催化剂被分开引入预热器(1)。

3.根据权利要求1的方法，其特点在于，催化剂要与原料混合；并且与原料混合后一起引入预热器(1)中。

4.根据权利要求3的方法，其特点在于，催化剂在原料粉碎设备(21)与原料混合；并且与原料混合后一起引入预热器(1)中。

5.根据权利要求1的方法，其特点在于分离出的、包含循环再生催化剂的固体物质与原料在原料粉碎设备(21)混合。

6.根据权利要求5的方法，其特点在于补充新鲜催化剂。

7.根据权利要求1的方法，其特点在于所述氯化物选自CaCl₂、KCl、NaCl、MnCl₂和FeCl₃

8.根据权利要求7的方法，其特点在于所述催化剂在1个大气压的条件下，其熔点小于550℃。

9.实施根据权利要求1的方法的设备，含有回旋预热器(1)和干燥炉(7)，其特征在于，它包含将催化剂引入到预热器的最上或次上回旋分离器阶段的装置(8a)，以及一个旁路系统；该系统包含从干燥炉中抽取部分废气流的装置(14)，冷却抽出的废气流的装置(15、16)，将固体物质从冷的废气流中分离出来的装置(17)，以及回收至少部分的、包含可循环再生催化剂的、分离出来的固体物质的装置(20)。

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